基于FPGA的Verilog HDL数字钟设计
专业班级姓名学号
一、实验目的
1.掌握可编程逻辑器件的应用开发技术——设计输入、编译、仿真和器件编程；
2.熟悉一种EDA软件使用；
3.掌握Verilog设计方法；
4.掌握分模块分层次的设计方法；
5.用Verilog完成一个多功能数字钟设计;
6.学会FPGA的仿真。
二、实验要求
✧功能要求：
利用实验板设计实现一个能显示时分秒的多功能电子钟，基本功能：
1)准确计时，以数字形式显示时、分、秒，可通过按键选择当前显示时间围模式；
2)计时时间围 00:00:00－23:59:59
3)可实现校正时间功能；
4)可通过实现时钟复位功能：00:00:00
扩展功能：
5)定时报：时间自定(不要求改变)，闹1分钟(1kHz)---利用板上LED或外接电路实
现。
6)仿广播电台正点报时：XX:59:[51,53,55,57(500Hz);59(1kHz)] ---用板上LED或
外接
7)报整点时数：XX:00:[00.5-XX.5](1kHz)，自动、手动---用板上LED或外接
8)手动输入校时；
9)手动输入定时闹钟；
10)万年历；
11)其他扩展功能；
✧设计步骤与要求：
1)计算并说明采用Basys2实验板时钟50MHz实现系统功能的基本原理。
2)在Xilinx ISE13.1 软件中，利用层次化方法，设计实现模一百计数及显示的电
路系统，设计模块间的连接调用关系，编写并输入所设计的源程序文件。
3)对源程序进行编译及仿真分析（注意合理设置，以便能够在验证逻辑的基础上尽快
得出仿真结果）。
4)输入管脚约束文件，对设计项目进行编译与逻辑综合，生成下载所需.bit文件。
5)在Basys2实验板上下载所生成的.bit文件，观察验证所设计的电路功能。
三、实验设计
功能说明：实现时钟，时间校时，闹铃定时，秒表计时等功能
1.时钟功能：完成分钟/小时的正确计数并显示；秒的显示用LED灯的闪烁做指示；
时钟利用4位数码管显示时分；
2.闹钟定时：实现定时提醒及定时报时，利用LED灯代替扬声器发出报时声音；
3.时钟校时：当认为时钟不准确时，可以分别对分钟和小时位的值进行调整；
4.秒表功能：利用4个数码管完成秒表显示：可以实现清零、暂停并记录时间等功能。
秒表利用4位数码管计数；
方案说明：本次设计由时钟模块和译码模块组成。
时钟模块中50MHz的系统时钟clk分频产生一个1Hz的使能控制信号enable，并以此产生1s的脉冲second_en以实现每秒计时，控制各个模式下的计数显示。
由模式控制信号选择当前数码管显示哪个状态：
mode=00，时钟常规显示状态，
mode=01，闹铃定时状态，
mode=10，时钟校时状态，
mode=11，秒表计时状态；
时钟：利用count，smin0，smin1，shour0，shour1的计数来实现，具体情况见程序；
校时：当turn=1时，调整分位smin1、smin0；当turn=0时，调整小时位shour1、shour0；闹铃：当turn=1时，调整分位amin1、amin0；当turn=0时，调整小时位ahour1、ahour0；秒表：当pause=0时，开始计时；当pause=1时，暂停。
四、实验代码
时钟模块
UCF文件
testbench
五、仿真
进入ISim仿真波形界面
（1）仿真，运行1ms，将波形结果调整为适合的大小。
（2）这时我们可以分别点开clock模块和display模块查看具体的信号变化是否正确。
我们先看clock模块。
（3）当mode = 00时，实现正常时钟显示功能。
在脉冲second_en到来时，count做计数加1，此时小时位是shour1，shour0，分钟位是smin1，smin0，将这几个相关信号在波形窗口中位置做个调整放到一起来查看。
当count计数到59时，分钟位smin0实现加1变化，由0变为1；此时结果是正确的。
（4）当mode =2’b01时，实现闹铃模块。
当turn=1时，调整分位amin1、amin0；当turn=0时，调整小时位ahour1、ahour0。
将相关信号放在一起查看，由图可知，当turn为低时，调整小时位，ahour0计数加1，计数到9后清零且ahour1加1；当turn为高时，调整分钟位，amin0计数加1，计数到9后清零且ahouu1加1。
结果显然是正确的。
（5）当mode = 2’b10时，实现校时功能。
当turn=1时，调整分位smin1、smin0；当turn=0时，调整小时位shour1、shour0。
将相关信号放在一起查看，由图可知，当turn为低时，调整小时位，shour0计数加1，计数到9后清零且shour1加1；当turn为高时，调整分钟位，smin0计数加1，计数到9后清零且shouu1加1。
结果显然是正确的。
（6）当mode = 2’b11时，实现秒表计时功能。
当pause=0时，开始计时；当pause=1时，暂停。
由图可知，当pause=0时，mmin0计数加1，计数到9后清零且mmin1加1；当pause=1时，此时暂停秒表，mmin0的值保持为2。
结果也是正确的。
（7）查看display模块。
此时是对之前得到的4位数码管的值进行译码并显示。
我们可以随机抓取发生变化的几个结果来看，比如看到625265000ns处的时间点。
如下图所示：当扫描选择信号ctr为“1011”时，此时是显示数码管的第二位即h0，它的值为5，temp为“0101”，所对应的译码值为q=“0100100”，结果是正确的。